地电阻率多极距观测系统及试验研究

目前, 我国用于地震前兆监测的地电阻率观测系统大部分都是单一极距的, 这种观测方法在实际观测中普遍存在着地电阻率季节性变化的现象, 这种季节性变化与地震异常变化一起叠加在观测值中, 给地震异常的识别和判定带来了一定困难。 而解决这一问题的有效途径就是进行地电阻率的多极距观测。 本文介绍了采用ZD8MI电阻率多极距观测系统在山丹地震台的试验观测情况, 该系统是最新研制的、 专用于地震前兆监测的地电阻率多极距观测系统。 一年多的台站试验观测和反演结果表明, 浅层电阻率的变化相对较大, 而深层的相对变化较小, 因此利用多极距观测系统进行不同层位的地电阻率观测, 对排除干扰和识别地震前兆信息显得尤为重要, 是地电阻率观测技术发展的一个趋势。     

地电阻率多极距观测反演初步研究

地电阻率多极距观测的目的是借助对观测数据的反演获得地下介质中不同层位真电阻率的变化.本文以3层结构为例，对地电阻率多极距观测的一维反演的效果进行了初步地理论研究.首先研究了一维地电阻率结构下观测数据一维反演的模拟效果，得到了各层电阻率值，且与真电阻率值很接近，说明在地下电性结构为一维的情况下，电阻率多极距观测可以区分出不同地层的电阻率变化.其次，考虑到台址下电阻率结构的复杂性，研究了上两层界面存在起伏的情况下，多极距观测数据一维反演的效果，结果显示:当电阻率变化较小时，各层反演得到的电阻率的变化与真电阻率十分符合；当上两层介质的电阻率变化较大时，各层反演得到的电阻率出现畸变，与真实电阻率的变化情况存在一定差别，表明浅层电阻率变化达到一定程度后将会影响对深部电阻率变化情况的正确判断.一般情况下，观测的时间间隔越短，则连续两次观测时段内各层介质的电阻率变化越小，因此缩短多极距观测的时间间隔可能是避免出现上述畸变现象的有效观测手段.      

地电阻率多极距观测及研究进展

回顾了国内外地震地电阻率多极距观测与研究的发展历程,阐述了多极距观测在机理方面的优势,对其现状和存在的问题进行了分析.分析指出:随着地震预测,从经验预报向物理预报的发展,多极距观测系统的建立和反演技术的应用将会受到越来越多的重视.     

地电阻率的数值模拟和多极距观测系统

本文利用高精度的多层水平层状介质视电阻率计算公式,模拟了不同结构剖面、不同装置极距、不同规律的真电阻率变化,以及这种变化在介质中所处不同部位条件下地表视电阻率变化的计算结果;讨论了发生于介质中的真电阻率随时间变化在上述各种不同条件下,与在地表观测到的地电阻率(即视电阻率)变化两者之间的关系;指出为了解次异常变化与干扰变化的识别问题,应当将现行单一极距观测改造为多极距观测,并研究和发展相应的地电阻率随时间变化的反演技术和方法,以促进地电阻率法预报地震从看图识字的被动状态向物理预报方向转化。      

地电阻率多极距观测中的最佳布极方式

对如何确定地电阻率多极距观测中的最佳布极方式, 包括极距个数和各极距长度的确定进行了研究。 确定最佳布极方式的主要依据是地下各层介质的响应系数随观测极距的变化规律以及采用不同观测极距对反演精度的影响。 以宝坻台为例, 讨论了在电性剖面参数已知的情况下, 如何确定多极距观测中各极距长度。 最后, 利用提出的最佳布极方式确定的装置系统对宝坻台模拟多极距观测资料进行了处理。 结果表明, 用最佳布极方式确定的多极距观测系统可精确计算出地下各层介质的真电阻率变化。     

郫县台多极距观测资料的反演和分析

本文利用水平层状介质模型及其响应系数理论对四川郫县台1984年五种不等极距的实测资料进行了反演。结果表明:反演得到的各层等效电阻率曲线可以直观、清晰地反映地下介质内部发生的物理过程。由于反演后能把表层季节干扰的非震变化从实测曲线中“检测”出来,从而得到探测范围内深层的平稳过程,这样对于在蕴震时段识别可能的前兆提供了一个良好的背景。因此进行多极距观测和反演可能会把地电阻率法预报地震的探索工作推向深入。     

地震电阻率实验研究新进展及展望

准确的地震预报是减轻地震灾害的有效手段之一.地电阻率是一种被证实了的、有效的地震前兆参量,在我国自1966年以来的地震监测预报工作中发挥了且正在发挥着重要的作用.伴随着地电阻率在地震监测预报中的应用,关于电阻率变化特征和规律及其机理的实/试验从上世纪60年代以来从未间断.在实/试验中,主要采用了单极距观测系统.它的测量值代表了其探测深度到地表的整个深度层的综合效应,无法确定地下各层的贡献.为此,一些研究者探索新的地电阻率观测系统,进行了地电阻率多极距和电阻率层析成像观测的实/试验研究.本文对单极距观测系统的实/试验结果进行了简述,详细介绍、总结了多极距和电阻率层析成像观测的实/试验研究状况,最后提出了进一步研究的可能方向.     

四0四多极距地电阻率年变化特征分析

采用2018年6月—2020年6月间ZD8MI地电阻率多极距观测系统在四0四台的观测数据,分析各测道的年变化特征,发现随着观测极距的不同各测道年变特征也不同;通过不同极距实验观测和年变化模拟分析表明,浅层电阻率的变化相对较大,而深层的变化相对较小,四0四台的年变化是由浅层介质电阻率随温度的季节性变化引起的,不同测道的年变形态受浅层不同深度介质电阻率的变化出现相位差异。因此利用多极距观测系统进行不同深度范围的地电阻率观测,对定量识别表层非震干扰显得尤为重要。     

在浅部有高阻屏蔽层地区获取地电阻率平稳正常变化的一种途径

测量大地电阻率随时间变化以预报地震存在一些困难。例如,一些台站要在较高的干扰背景上识别地震信息,特别是浅部有高阻屏蔽层地区,在现有观测条件下,地电阻率的正常变化幅度显著且不太规则,以致无法判别异常。因此,在这种地区取得平稳的正常原始数据是重要的。     

深井地电观测技术在地震监测中的应用探讨

天水地震台井下地电观测与常规的地面观测相比,减少干扰、提高信噪比,在近三年的地电阻率观测中,观测精度无超过0.5%数据,数据的内在质量较好.2013年4月10日开始,NS、EW道井下(100 m)观测的地电阻率出现了波动变化,持续11天后距该台550 km的四川芦山发生了M_S7.0级地震,5月4号芦山地震余震相对减少后,地电阻率资料的波动变化也同步终止;2013年6月11日18时开始,天水台地电阻率再次出现异常波动变化,7月22日距该台156 km发生岷县-漳县M_S6.6级地震.采用天水地电台井下不同时段(凌晨2点和全天)和不同深度(6 m和100 m电极)观测的地电阻率数据对比分析这两次地震前后地下介质的电性变化,深部记录到明显的异常变化;用小波(db4)分解发现在芦山M_S7.0和岷漳M_S6.6级地震前视电阻率的细节部分的形态是连续的振荡,尺度部分出现了趋势性似"漏斗"变化形态,与过去强震震例形态具有相似性、重复性.深井地电观测技术的应用,减小了地面离散电流影响,直接观测探测层介质的电性变化,是探索预报地震的新思路、新方法.     

开展小极距井下地电阻率观测的可行性分析

目前,我国用于地震监测的地电阻率观测面临着两个难题:①测区范围较大导致台网稀疏且分布不均匀;②易受环境干扰。本文结合台站实际的地下电性结构,采用地电阻率解析表达式和有限元数值分析方法,对开展小极距井下地电阻率观测的可行性进行了讨论。结果表明:小极距井下观测方式能有效抑制地表电性异常体类干扰和年变化的影响,也能记录到地表大极距观测和井下大极距观测所能记录到的震前异常变化。小极距井下观测能大幅减小布极区范围,有助于地电阻率的足密度组网成场观测,可为解决目前地电阻率观测面临的难题提供一种可选方案。     

山丹多极距与单极距电阻率对比分析及干扰因素研究

利用山丹地震台2年多的多极距观测资料,并结合该台单一极距的观测资料,对比分析了2种观测方法的结果。结果显示,多极距观测在干扰排除和异常落实方面具备一定的优势;同一场地不同极距电阻率测值的相互佐证,可以为识别干扰和判定地震前兆异常的真实性提供帮助。     

江苏省地电阻率年变化及其差异性探讨

以江苏省江宁地震台、新沂地震台和海安地震台为例,归纳了江苏省地电阻率年变化特征的类型,并对地电阻率年变化差异性的原因做了探讨。通过反演计算指出地电阻率年变化差异性的原因主要是由各观测场地地下电性结构造成的,分析这种不同有益于解决在场地选择中如何得到一个规则年变的场地,以便更好地服务于地震预报的数据处理。     

浅部约束的地磁测深C-响应一维反演

地磁测深研究的周期范围通常为10~5~10~7s,缺少反映浅部电性结构的短周期信息,而C-响应受浅部电阻率影响明显,因此本文提出在反演中增加浅部(约200 km)电阻率约束以提高深部反演的稳定性和可靠性.在磁层环状电流满足P_1~0假设的条件下,球坐标系中一维导电薄球层状地球的C-响应和电导率分布关系由边界条件通过递推的方法计算得到.反演采用有限内存拟牛顿(L-BFGS)法;浅部电阻率约束通过将目标函数对模型参数的梯度设为零来实现;通过置信区间分析评价约束反演结果的可靠性.合成数据的无约束反演虽然最终的拟合效果很好,但浅部电阻率受初始模型影响,差异较大;采用浅部约束后,反演结果对初始模型依赖性明显减小,同时还能显著提高200~600 km范围内反演结果的准确性.对全球近地轨道卫星观测的C-响应数据约束反演后结果与前人一致,表现为地幔电导率整体上随着深度的增加而增加.参数置信区间分析表明,由于约束反演加入了浅部信息,电阻率的变化范围更加紧致,说明反演结果更加可靠.因此,有必要通过其他地球物理方法,如长周期大地电磁测深等获得浅部电阻率分布,作为先验信息参加反演,进行浅部约束的C-响应反演,获得更可靠的一维全深度电性结构,为地磁测深数据解释奠定基础.     

通州台井下地电阻率测深初步分析

2020年7月12日唐山古冶 M_S5．1地震发生前,井下小极距地电阻率出现快速下降-折返的变化,变化形态、异常时长符合地电阻率孕震机理变化,但下降幅度远远小于地表大极距地电阻率孕震过程的变化幅度.因此,文章基于通州台地下电性结构和装置系统,采用数值分析方法,分析地表和井下小极距地电阻率的探测深度.结果表明,当底层电性变化区域介质电阻率发生某种减小时,通州台地表和井下小极距地电阻率装置系统地电阻率观测值会下降,下降的幅度随着深部介质电阻率变化区域上界面向上的扩展而增大.相比地表观测,井下小极距电阻率观测能更显著地接收到深部电阻率变化信号,对孕震有更强的反映能力.     

台址下表层介质电阻率变化对视电阻率观测值影响特征的初步研究

气候的交替变化将导致大地表层含水量发生变化，从而使该层介质的电阻率发生变化，进而使得观测结果(即视电阻率)发生变化，显然这对地震前兆观测而言是一种干扰。目前我国绝大多数前兆地电阻率台采用单极距观测方式，因此观测到的视电阻率变化应是表层变化(主要是干扰)和观测范围内深部变化(地下介质应力与应变状态发生变化)的综合反映。作先依据台址下的水平层状模型进行了模拟计算研究，发现大地表层含水量的变化对单极距四极装置视电阻率观测值的影响有两个特征：(1)无论台址下电阻率结构是下伏低阻还是下伏高阻，表层介质电阻率升高对观测值的影响都很小；(2)表层电阻率降低对观测值的影响很明显，且对下伏高阻结构的影响大于对下伏低阻结构的影响。然后用视电阻率实际观测资料说明了将其特征用于预报的可能性。     

地电阻率年变化的一种物理解释——大柏舍台不同极距地电阻率观测结果

本文通过河北省隆尧县大柏舍地电台不同供电极距试验观测资料,与地下潜水水位动态的相关分析及数学模型计算结果,给出地电阻率年变化的一种物理解释,即认为大柏舍台地电阻率年变化是由于供电极距短,勘探深度浅,从而受潜水动态影响的结果。为消除大柏舍台地电阻率年变化,应采用不小于1500米的供电装置。     

电阻率测深在地电异常判定中的应用

塘沽台NS方向地电阻率观测值在观测极距缩短后出现大幅度上升变化，为了判断此变化的性质及其产生的可能原因，开展了多次恢复原极距的对比观测。并依据该台已有的电测深资料，对此变化进行了最佳拟合的理论反演计算。经比测及反、正演计算结果分析，认为该台NS方向大幅度的上升变化其主要原因与台站观测极距缩短有关，可能是随观测极距的缩短，受浅部电性结构层影响增大，而与深部电性结构无关，因而这一变化不具有震兆意义。     

水平层状介质中不同深度对地表ρ_s变化的响应特性

人们根据地电阻率预报地震的实践,逐渐形成了一条比较合理的研究思路:即孕震过程是地下应力-应变场的演化过程。由于岩石电阻率对应变有灵敏的响应,因此,在孕震过程中地下岩石会产生一定量的电阻率变化。当地表用适当极距的装置探测这种变化时,就有可能探测到作为地震前兆的地电阻率变化讯息。这里有两个基本问题是需要进一步探讨的:1.孕震时,地下不同部位产生应变的量级如何?岩石电阻率变化对应变的“放大”系数有多大?一句话,地下不同深度上电阻率变化的量级如何估计。2.我们通常采用的四极对称装置对不同深度上电阻率变化的探测能力如何?即如何描述地下介质不同深     

小极距井下地电阻率观测对地表环境影响的抑制分析——以北京地区台站为例

地震地电阻率是观测中强地震孕震过程中微变形或微破裂变化的方法之一。近年来发展起来的小极距井下地电阻率观测，不仅能够抑制地表环境干扰，还能够缓解地表地电阻率占地面积大的困扰。基于北京地区延庆台、平谷台和通州台小极距井下地电阻率观测，通过与同场地地表地电阻率对比观测和数值模拟计算，分析了地表铁质干扰、季节变化、降水和潜水等因素对地电阻率观测的影响。结果显示，与同场地地表地电阻率相比，小极距井下地电阻率对地表自然环境因素的影响有较好的抑制能力，增强了观测效能。